JP5142892B2

JP5142892B2 - 照明光学系及び露光装置

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Inventors: 和彦梶山; 俊彦辻
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Description

本発明は照明光学系及び露光装置に関する。

解像度向上の観点から、より短波長の光源を用いる露光装置として、波長１０〜１５ｎｍの極端紫外（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）領域の光（ＥＵＶ光）を用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）が提案されている。そして、特許文献１は、複数の円筒反射面の母線方向を揃えた反射型インテグレータ上に半円形状の開口を有する開口絞りを配置した、ＥＵＶ露光装置用の照明光学系を提案している。

その他の従来技術としては特許文献２がある。
特開２００５−１４１１５８号公報特開２００８−０９８５２７号公報

露光装置において、投影光学系による高品位な結像を実現するためには、被照明面の各位置から見た照明光学系の有効光源の歪みを小さく抑える必要がある。特許文献１に開示されている照明光学系は、その時点での従来例に対しては有効光源の歪みが十分に小さく抑えられていた。しかしながら、発明者らの検討によれば、特許文献１の照明光学系には有効光源の歪みがなお残存し、それが無視できないことが分かってきた。特許文献１の照明光学系で有効光源が歪む理由は、平行光の一部が２次光源を形成する前に開口絞りによって制限されてしまうためである。また、特許文献１及び２に開示されている照明光学系は、二重極照明など強い変形照明の際は絞りの遮光によって達成していたため、光利用効率の悪化も招いていた。

本発明は、光利用効率の改善と、照明光学系の有効光源の歪みを抑えて良好な照明を行うことの少なくとも一方を提供することが可能な照明光学系及び露光装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての照明光学系は、被照明面を照明する照明光学系であって、光源からの光で複数の光源を形成する第１の反射型インテグレータと、母線方向が揃った複数の円筒反射面を有し、前記第１の反射型インテグレータからの光で複数の線状光源を形成する第２の反射型インテグレータと、前記複数の線状光源を挟むように、前記円筒反射面の母線方向に沿って対向して配置された一対の平面ミラーと、前記被照明面に対して光学的にフーリエ変換の関係を有し、前記円筒反射面の母線方向に垂直な方向に前記第２の反射型インテグレータの射出側に配置され、開口形状が切り替え可能な開口絞りと、前記開口絞りの前記開口形状の切り替えに応じて前記一対の平面ミラーの間隔を調整する調整手段と、を有することを特徴とする。

本発明の他の側面としての照明光学系は、被照明面を照明する照明光学系であって、光源からの光で複数の光源を形成し、発散角が異なる複数の第１の反射型インテグレータと、前記複数の第１の反射型インテグレータのうちの一つを光路に選択的に配置する第１選択部と、母線方向が揃った複数の円筒反射面を有し、前記第１の反射型インテグレータからの光で複数の線状光源を形成する第２の反射型インテグレータと、前記複数の線状光源を挟むように、前記円筒反射面の母線方向に沿って対向して配置された一対の平面ミラーと、前記被照明面と光学的にフーリエ変換の関係を有する位置に配置されると共に、前記円筒反射面の母線方向に垂直な方向に前記第２の反射型インテグレータの射出側に配置され、開口パターンが異なる複数の開口絞りと、前記複数の開口絞りのうちの一つを光路に選択的に配置する第２選択部と、前記一対の平面ミラーの間隔を調整する調整手段と、を有し、前記第２選択部による選択に応じて前記第１選択部による選択と前記調整手段による調整を行うことを特徴とする。

本発明によれば、光利用効率の改善と、照明光学系の有効光源の歪みを抑えて良好な照明を行うことの少なくとも一方を提供することが可能な照明光学系及び露光装置を提供することができる。

以下、図１を参照して、本実施例の露光装置１０００について説明する。ここで、図１は、露光装置１０００の概略断面図である。露光装置１０００は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いてステップアンドスキャン方式でマスク（原版）Ｒの回路パターンをウエハ（基板）Ｗに露光するＥＵＶ露光装置である。

露光装置１０００は、光源部１００と装置本体２００によって構成される。光源部１００及び装置本体２００の各構成要素は、それぞれ真空容器１０１、２０１に収納される。真空容器１０１と２０１は、接続部１２０によって接続されている。真空容器１０１及び２０１並びに接続部１２０の内部は、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために、露光中、真空に維持される。

光源部１００は、真空容器１０１の内部に、放電ヘッダ１１１、集光ミラー１１２、デブリフィルタ１１３、波長フィルタ１１４、差動排気機構１１５、アパーチャ１１６を有する。

集光ミラー１１２は、プラズマ発光部ＥＰからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集光する回転楕円ミラーで構成される。デブリフィルタ１１３は、ＥＵＶ光が発生する際に生じるデブリ（飛散粒子）の露光経路への侵入を低減する。波長フィルタ１１４は、発光部ＥＰから発せられるＥＵＶ光以外の波長の光を除去する。差動排気機構１１５は、真空容器１０１から真空容器２０１に向けて段階的に内部圧力を減少させる。アパーチャ１１６は、集光ミラー１１２の集光点近傍に配置されたピンホール状の開口である。露光光としてのＥＵＶ光は、アパーチャ１１６を通過して装置本体２００側に進む。

なお、本実施例では、光源部１００として放電型プラズマ光源を使用しているが、レーザープラズマ光源など他の種類のＥＵＶ光源を使用してもよい。

装置本体２００は、真空容器２０１の内部に、照明光学系２１０、マスクステージ２２０、投影光学系２３０、ウエハステージ２４０を有する。

照明光学系２１０は、ＥＵＶ光を伝播してマスクＲを照明する光学系である。照明光学系２１０は、第１光学ユニット２１１、第１の反射型インテグレータ２１２、第２光学ユニット２１３、第２の反射型インテグレータ２１４、補助ミラー２１５、開口絞り２１６、第３光学ユニット２１７、平面ミラー２１８、スリット２１９を有する。照明光学系２１０は、光路に沿ってこれらの部材を配置している。

照明光学系２１０は、集光の際に生じるボケ量を小さくする必要のある第３光学ユニット２１７を除く全てが全反射領域で使用されるため、ミラーの反射率を高め、効率の良くマスクＲを照明することができる。

第１光学ユニット２１１は平行変換光学系として機能する。

第１の反射型インテグレータ２１２は、照明条件により交換可能な一又は複数（本実施例では一対の）インテグレータ２１２ａ及び２１２ｂを含む。図１９を参照して後述するように、一対のインテグレータ２１２ａ及び２１２ｂは発散角が異なり、交換手段２１２ｃによって交換される。交換手段２１２ｃは、複数のインテグレータのうちの一つを光路に選択的に配置する第１選択部として機能すると共に第１の反射型インテグレータ２１２の発散角を変更する変更手段として機能する。反射型インテグレータ２１２の参照符号「２１２」は２１２ａなどを総括する。また、後述するように、交換に伴って照明効率が向上するように第２の反射型インテグレータ２１４及び補助ミラー２１５は調整される。第１の反射型インテグレータ２１２は、第２の反射型インテグレータ２１４を均一に照明し、第１光学ユニット２１１からの光で２次光源として機能する複数の点光源を形成する。第１の反射型インテグレータ２１２は全反射領域で使用されるため、図２に示すように、Ｘ軸の極率ＲｘとＹ軸の極率Ｒｙが異なる複数のトロイダル面によって構成される。ここで、図２は、第１の反射型インテグレータ２１２の斜視図及び点線で示すＡ部の部分拡大斜視図である。なお、第１光学ユニット２１１において、図２に示すような区切られた領域を「素子」と呼ぶ場合がある。

第２光学ユニット２１３は、第１の反射型インテグレータ２１２からの光を第２の反射型インテグレータ２１４の方に偏向する偏向部材である。また、第２光学ユニット２１３は、第１の反射型インテグレータ２１２からの発散光を集光する機能も有する。

第２の反射型インテグレータ２１４は、マスクＲを均一に照明するため、第２光学ユニット２１３からの光で複数の線状光源を形成する。複数の線状光源は３次光源として機能する。第２の反射型インテグレータ２１４は、図３（ａ）及び図３（ｂ）のどちらかの反射型インテグレータを適用することができる。第２の反射型インテグレータ２１４は、母線の方向（母線方向Ｇ）が揃った複数の円筒反射面２１４ａを備える。図３（ａ）は各円筒反射面が凸形状の場合、図３（ｂ）は各円筒反射面が凹形状の場合を示している。なお、図２におけるＨは、複数の円筒反射面の配列方向である。また、「円筒反射面」は完全な円筒形状から多少ずれた曲率を有していてもよく、本実施例では、これも含めて「円筒反射面」と呼んでいる。

第２の反射型インテグレータ２１４の母線方向Ｇに平行な両側の端面２１４ｂの近傍には、反射面が互いに対向して配置された一対の平面ミラー（補助ミラー）２１５ａ、２１５ｂが配置されている。平面ミラー２１５ａ及び２１５ｂの作用については後述する。なお、参照番号「２１５」は２１５ａなどを総括する。

第２の反射型インテグレータ２１４で形成された３次光源からの光は、直接あるいは補助ミラー２１５を介して、開口絞り２１６に設けられた開口２１６ａを通過する。開口絞り２１６の開口２１６ａは有効光源の形状を定める。

第３光学ユニット２１７は、第２の反射型インテグレータ２１４からの光を円弧状に集光し、複数の２次光源それぞれからの光を、平面ミラー２１８を介して被照明面（マスク面）上で重ね合わせるための円弧変換光学系である。第２光学ユニット２１７は、凸面鏡２１７ａ及び凹面鏡２１７ｂを有し、マスクＲの照明に好適な円弧照明領域を形成する。

平面ミラー２１８は、第３光学ユニット２１７からの光を、マスクＲへ所定の角度で入射させるための偏向部材である。

第２の反射型インテグレータ２１４の各円筒反射面２１４ａにより分割されて発散する光束は、第３光学ユニット２１７により円弧状に集光されて、スリット２１９の開口２１９ａ、ひいてはマスクＲ面上で、均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。円弧照明領域は、その曲率中心が投影光学系２３０の光軸（中心軸）ＡＸ１に一致するよう設定される。

スリット２１９は、マスクＲ上での照明領域を定める部材である。図７の平面図に示すように、スリット２１９は、円弧状の開口２１９ａと、開口２１９ａの幅を部分的に調節する可動部２１９ｂと、を有する。また、図７において、ＡＩＡは第２の反射型インテグレータ２１４及び第３光学ユニット２１７により形成された円弧状の照明領域である。照明領域ＡＩＡと開口２１９ａによりマスクＲの照明領域が決定される。

走査露光（ステップアンドスキャン方式）において、開口２１９ａのスリット長手方向Ｘに照度ムラが存在すると、露光ムラの要因となる。この問題を解決するために、可動部２１９ｂを用いてスリット幅をスリット長手方向Ｘの位置に応じて調整する。これにより、露光領域全面で積算露光量を均一にして露光することができる。なお、走査露光中のスリット２１９は投影光学系２３０に対して静止している。

マスク（原版）Ｒは、反射型マスクであり、転写されるべき回路パターンが形成されている。回路パターンは、多層膜反射鏡と、その上に設けられたＥＵＶ吸収体などからなる非反射部によって形成される。マスクＲは、マスクステージ（原版ステージ）２２０にチャックを介して載置され、マスクステージ２２０によって図１の矢印Ｙ軸方向に駆動される。

投影光学系２３０は、複数（本実施例では６枚）の多層膜ミラーによって構成され、光軸ＡＸ１に対して軸外の円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。投影光学系２３０は、像側テレセントリックな系で構成されている。物体側（マスクＲ側）は、マスクＲに入射する照明光との物理的干渉を避けるために、非テレセントリックな構成となっている。例えば、本実施例においては、物体側主光線はマスクＲの法線方向に対して６度程度傾いている。

マスクＲから発せられた回折光は、投影光学系２３０を介してウエハ（基板）Ｗ上に達し、マスクＲに形成された回路パターンがウエハＷ上に縮小投影される。ウエハＷは、ウエハステージ２４０にチャックを介して載置され、ウエハステージ（基板ステージ）２４０によって矢印Ｙ軸方向に駆動される。露光装置１０００は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であるため、マスクＲとウエハＷとを各ステージにより縮小倍率比の速度比で走査しながら、回路パターンの露光転写を行う。

次に、図３〜６を参照して、第２の反射型インテグレータ２１４が円弧状の領域を均一に照明する原理を説明する。図３は、前述したように、第２の反射型インテグレータ２１４の斜視図である。図４は、図３（ａ）に示す凸形状の円筒反射面２１４ａでのＥＵＶ光の反射を説明するための部分拡大斜視図である。図５は、図４に示す円筒反射面２１４ａの部分拡大断面図である。図６は、円筒反射面２１４ａで反射したＥＵＶ光の角度分布を表す図である。

図３（ａ）に示すように、複数の円筒反射面２１４ａを有する第２の反射型インテグレータ２１４に平行な照明光ＩＬが入射すると、第２の反射型インテグレータ２１４の表面近傍に母線方向Ｇに伸びる線状の光源が形成される。この線状光源から放射されるＥＵＶ光の角度分布は円錐面状となっている。次に、この線状光源の位置を焦点とする第３光学ユニット２１７でＥＵＶ光を反射してマスクＲ又はそれと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。

図４を参照して、第２の反射型インテグレータ２１４の作用を説明するために、一つの円筒反射面２１４ａに照明光ＩＬが入射した場合の反射光の振る舞いを説明する。今、一つの円筒反射面２１４ａに、その中心軸（ｚ軸）に垂直な面（ｘｙ面）に対してθの角度で照明光ＩＬが入射する場合を考える。照明光ＩＬの光線ベクトルＰ１を次式のように定義し、円筒反射面２１４ａの法線ベクトルｎを次式のように定義する。

すると、反射光の光線ベクトルＰ２は次式のようになる。

反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図５に示すように、直交座標上で半径ｒ＝ｃｏｓθの円となる。即ち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に２次光源が存在することになる。２次光源は、円筒反射面２１４ａが図３（ａ）に示す凸形状であれば内部に虚像として存在し、図３（ｂ）に示す凹形状であれば外部に実像として存在する。また、図５に示すように、円筒反射面２１４ａが円筒面の一部であり、その中心角が２φである場合は、図６に示すように、反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧状領域Ａとなる。

次に、２次光源の位置に焦点を持つ焦点距離ｆの回転放物面ミラーを設け、この反射鏡からｆだけ離れた位置に被照明面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って、図６に示す被照明面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域Ａのみが照明される。

これまでは１つの円筒反射面２１４ａに照明光ＩＬが入射した場合の挙動について説明してきたが、第２の反射型インテグレータ２１４に照明光ＩＬが入射した場合の挙動について説明する。図８は、照明光ＩＬが入射する第２の反射型インテグレータ２１４の断面図である。図８において、ＩＰは被照明面であり、マスク面と等価である。

第３光学ユニット２１７は、軸ＡＸ２を中心対称軸とした共軸系である。第３光学ユニット２１７は、開口絞り２１６の開口中心ＡＣと被照明面ＩＰとを互いに光学的なフーリエ変換の関係に配置している。即ち、開口絞り２１６は被照明面ＩＰの瞳面に相当する。

第３光学ユニット２１７は、像側非テレセントリックである。第３光学ユニット２１７からの像側主光線の被照明面ＩＰへの入射角度Ｕ１は、投影光学系２３０の物体側主光線の傾斜角と等しくなるように設定されている。また、被照明面ＩＰの法線と主光線との間隔が被照明面ＩＰに近づくにつれて狭くなる方向に主光線は傾斜している。例えば、本実施例は、入射角度Ｕ１を約６°に設定している。また、第３光学ユニット２１７は、被照明面ＩＰ上でのボケについても良好に補正されており、スポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設定されている。

第３光学ユニット２１７を構成する凸面鏡２１７ａ及び凹面鏡２１７ｂへの主光線の入射角は、低入射角度、具体的には２０°以下に設定されている。これにより、円弧変換光学系を１つの回転放物面ミラーで構成する場合よりも、被照明面ＩＰへの集光の際に生じるボケ量を小さくして円弧照明領域への集光効率を高めることができる。また、スリット２１９におけるケラレによる光の損失を抑え、照明効率を向上することができる。

平面ミラー２１８で照明光を反射してマスクＲの方向へはね上げることによって、円弧照明領域の円弧の向きは反転する。この場合、円弧照明領域の曲率中心は投影光学系２３０の光軸ＡＸ１とマスクＲの交点に一致するように設定される。そして、前述したように入射角度Ｕ１を設定することによって、第３光学ユニット２１７の像側主光線と投影光学系２３０の物体側主光線とを、マスクＲの前後で互いに一致させることが可能となる。

第２の反射型インテグレータ２１４の各円筒反射面２１４ａで反射された光の角度分布は、前述した単一の円筒反射面での例と変わらない。従って、被照明面ＩＰの一点に入射する光は、第２の反射型インテグレータ２１４への照明光ＩＬの照射領域全域から到達する。照明光ＩＬの光束径をＤ、第３光学ユニット２１７の焦点距離をｆとすると、その角度広がり（即ち、集光ＮＡ）Ｕ２は、次式で表される。

このとき、円弧照明領域においては、円弧に沿った方向に多数の円筒反射面２１４ａからの各光束が重畳されて照度の均一性を達成する。これにより、効率がよく均一な円弧照明を行うことが可能となる。

次に、図９を参照して、第２の反射型インテグレータ２１４と、第２の反射型インテグレータ２１４の両側に設けられた一対の平面ミラー２１５ａ及び２１５ｂの配置について説明する。図９において、ＩＬ１は第２の反射型インテグレータ２１４に入射する照明光ＩＬにおける主光線を示している。主光線ＩＬ１は、第２の反射型インテグレータ２１４の中心付近のｙｚ断面内を通過する。ＡＣは、先に述べたように、開口絞り２１６の開口中心であり、第３光学ユニット２１７の瞳面の中心に相当する。この開口中心ＡＣを原点としてｘｙｚ座標が記載されているが、ｚ軸は第３光学ユニット２１７の光軸ＡＸ２と一致している。これにより、特許文献１とは異なり、有効光源の歪みを抑えることができる。

補助ミラー２１５は、第２の反射型インテグレータ２１４の照明領域を挟むように、第２の反射型インテグレータ２１４の各円筒反射面２１４ａの母線方向Ｇに沿って対向して配置された一対の平面ミラー２１５ａ、２１５ｂを含む。図９では、補助ミラー２１５は固定されているように描かれているが、後述するように開口絞り２１６の開口形状に応じて、２枚の平面ミラー２１５ａ、２１５ｂの間隔を調整する調整機構（調整手段）２１５ｃを設けている。調整手段２１５ｃは、開口絞り２１６の開口形状の切り替えに応じて一対の平面ミラー２１５ａ及び２１５ｂをＸ軸方向に開口中心ＡＣに関して等距離だけ移動して両者間の間隔を調整する。

開口絞り２１６は、開口２１６ａが第２の反射型インテグレータ２１４の各円筒反射面２１４ａの母線方向Ｇに垂直となるように、第２の反射型インテグレータ２１４の射出側に配置されている。図９に示される開口絞り２１６の開口形状は、標準的な照明モードにおける円形開口の例を示している。このように、開口絞り２１６は、光束を透過する開口２１６ａと、光束を遮光する遮光部２１６ｂと、を有する。

有効光源分布の微調整のために、開口絞り２１６は第２の反射型インテグレータ２１４の各円筒反射面２１４ａの母線方向Ｇに完全に垂直ではなく、若干（１〜２°程度）傾けて配置してもよい。本実施例では、このように垂直から僅かに傾けた場合も含めて、開口絞り２１６の配置を「円筒反射鏡の母線方向に垂直に配置」と記述している。また、有効光源分布の調整やテレセントリック性の度合いの調整を可能とするため、第２の反射型インテグレータ２１４に対する開口絞り２１６の角度を調整する駆動機構を設けてもよい。

次に、補助ミラー２１５の効果について説明する。本実施例では、有効光源分布の歪みを抑制するために、第２の反射型インテグレータ２１４の射出側に開口絞り２１６を配置し、第３光学ユニット２１７の光軸が開口絞り２１６の開口中心ＡＣを通るように構成している。この際、考えられる最も単純な構成は、図１０に示すように、補助ミラー２１５を用いることなく第２の反射型インテグレータ２１４の後に開口絞り２１６を配置する構成である。

しかしながら、図１０に示すような構成は問題がある。この問題を、図１１〜１４を参照して説明する。図１１〜図１４は、図１０に示す構成を第２の反射型インテグレータ２１４の反射面に垂直な方向（Ｙ軸方向の上）から見た平面図であり、簡単のため、第２の反射型インテグレータ２１４と円弧状の照明領域ＡＩＡとの間の第３光学ユニット２１７を省略している。

図１１において、第２光学ユニット２１３からの照明光ＩＬは、図示した方向から第２の反射型インテグレータ２１４を照射する。ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３はそれぞれ、照明領域ＡＩＡの各観測点ＡＩＡ１、ＡＩＡ２、ＡＩＡ３で有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬを照射すべき領域である。領域ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３は、開口絞り２１６を中心として放射状に延びている領域である。

このとき注目すべきは、これらの領域の重なりである。図１２〜１４を用いて、領域ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３の重なりと、開口絞り２１６の開口２１６ａを通過する光線の関係を説明する。

図１２〜１４における矢印は、第２の反射型インテグレータ２１４からの発散光を表したもので、その中の３つの方向の光線を代表としてａ、ｂ、ｃで表現している。光線ａ、ｂ、ｃにおいて、実線は後段の系で照明光として利用される光線であり、点線で示されたものは、開口絞り２１６によってケラレて、照明光として利用されない光線である。

図１２は、開口絞り２１６に近い位置で領域ＩＡ１〜ＩＡ３が重なった部分を示している。この部分からの発散光は、各観測点ＡＩＡ１〜ＡＩＡ３での有効光源分布全てに寄与していることが分かる。つまり、この部分からの光線ａ〜ｃは、無駄なく照明光として利用される。

図１３に示すように、開口絞り２１６から少し離れた位置では、２つの領域が重なり、第２の反射型インテグレータ２１４からの発散光のうちの一部は開口絞り２１６でケラレて被照明面の照明には寄与しない。具体的には、図１３に示す領域ＩＡ１とＩＡ２のみが重なる部分では、光線ｂ、ｃは照明光として利用されるが、光線ａは開口絞り２１６によりケラレることになる。

図１４に示すように、開口絞り２１６から更に離れた領域ＩＡ１〜ＩＡ３が重なることのない位置では、大部分の発散光が開口絞り２１６でケラレることになり、ほんの一部の光線しか照明光として利用されない。具体的には、図１４に示す領域ＩＡ２の部分では、光線ｃのみが照明光として利用され、光線ａ、ｂは開口絞り２１６によりケラレる。他の領域でも同様に、光線ａ、ｂ、ｃのうち、いずれか一つの光線しか照明光として利用されない。

このように、図１０に示す構成は光利用効率を改善する余地があるため、本実施例は、第２の反射型インテグレータ２１４の両側に一対の補助ミラー２１５を配置している。

図１５及び図１６は補助ミラー２１５の効果を説明するための平面図である。ＶＩＡ３で示される点線で囲まれた領域は、補助ミラー２１５がない場合、すなわち図１２に示したような構成において、観測点ＡＩＡ３で有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬの照射領域であり、図１１における領域ＩＡ３に対応する。図１５では、平面ミラー２１５ａが存在するため、観測点ＡＩＡ３で有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬの照射領域は、実線で示した領域ＩＡ３０となる。平面ミラー２１５ａを配置することで、有効光源の歪み抑制に必要な照射領域を、図１１に示したような開口絞り２１６を中心として放射状に伸びる形状ではなく、それを平面ミラー２１５ａで折り返した形状とすることができる。

これは観測点ＡＩＡ２でも同様である。各観測点ＡＩＡ１〜ＡＩＡ３で、有効光源分布がいずれも正円となるために必要な照射領域は、図１６に示すように、補助ミラー２１５で挟まれた領域となる。補助ミラー２１５を設けると、図１１の構成と比較して、第２の反射型インテグレータ２１４に照明光ＩＬを照射すべき範囲が狭くてよいことが分かる。また、図１６に示す光線ａ、ｃは、図１１の構成では開口絞り２１６によってケラレ、後段の系で照明光として利用されていなかったが、補助ミラー２１５によって、開口絞り２１６にケラレることなく、照明光として利用することができる。結果的に照明光ＩＬのうち被照明面ＩＰの照明に用いられる光線が増え、光利用効率が向上する。

このように一対の平面ミラー２１５ａ、２１５ｂを、照明光ＩＬによる照射領域、結果的には複数の線状光源を挟むように、円筒反射面２１４ａの母線方向Ｇに沿って対向して配置することにより、被照明面ＩＰの光照明効率が向上する。平面ミラー２１５ａ、２１５ｂの間隔は、開口絞り２１６の開口２１６ａの最外径と同じか、若干大きいことが光利用効率を高める上で好ましい。

次に、開口絞り２１６の切り替えにより、コヒーレンスファクタσを変える方法について述べる。開口絞り２１６と投影光学系２３０の瞳面とは互いに共役な関係にあるので、開口絞り２１６の開口形状、つまり光の透過パターンが投影光学系２３０の瞳面における分布と対応している。図１７は、開口絞り２１６が有する開口部の形状の例を示す図である。より詳細には、図１７（ａ）は通常照明（即ち、変形照明ではない通常の円形照明）の大σ照明、図１７（ｂ）は通常の円形照明の小σ照明、図１７（ｃ）は二重極照明、図１７（ｄ）は四重極照明、図１７（ｅ）は輪帯照明にそれぞれ対応している。このような幾つかの開口パターンを、例えば、一列に並べて用意しておき、図９に示す開口絞り駆動系２１６ｃにより順次切り替えることで、所望のコヒーレンスファクタσに交換することが可能である。このように、開口絞り駆動系２１６ｃは、複数の開口絞り２１６のうちの一つを光路に選択的に配置する第２選択部として機能する。

次に、所定のコヒーレンスファクタσに対して効率よく被照明面ＩＰを照明するため、第１の反射型インテグレータ２１２の発散角や第１の反射型インテグレータ２１２を構成する素子一つ一つの角度を変更する効果について説明する。所定のコヒーレンスファクタσに対して効率よく被照明面ＩＰを照明するため、補助ミラー２１５の間隔を変更する効果について説明する。所定のコヒーレンスファクタσに対して効率よく被照明面ＩＰを照明するため、第２の反射型インテグレータ２１４の位置を変更する効果について説明する。

まず、通常照明において大σ照明から小σ照明に変更する方法を説明する。

図１８は、コヒーレンスファクタσを大σから小σに変更するため、開口絞り２１６のみを変更したときの第２の反射型インテグレータ２１４の反射面に垂直な方向から見た平面図である。ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３はそれぞれ、照明領域ＡＩＡの各観測点ＡＩＡ１、ＡＩＡ２、ＡＩＡ３で小σの有効光源分布が正円となるために必要な照明光ＩＬを照射すべき領域である。領域ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３に重なりはなく、光利用効率は低い。これは、開口絞り２１６の開口２１６ａと第２の反射型インテグレータ２１４が離れていることに起因する問題であり、開口絞り２１６の外径（Ｙ軸方向）と合っていないためである。
また、照明光ＩＬによる照明領域ＩＬＡは領域ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３以外のマスクＲの照明に寄与しない部分まで広がっているため、光利用効率が低くなっている。

図１９は第１の反射型インテグレータ２１２、第２の反射型インテグレータ２１４、開口絞り２１６の関係を示す断面図である。具体的には、図１９（ａ）は、図１７（ａ）に示す大σ照明に対応する開口絞り２１６を使用した場合の三者の関係を示す断面図である。図１９（ｂ）は、図１７（ｂ）に示す小σ照明の開口絞り２１６を使用した場合の三者の関係を示す断面図である。図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）において小σの開口絞り２１６を使用して、第１の反射型インテグレータ２１２の発散角、第２の反射型インテグレータ２１４のＹ軸方向の位置を変更した場合の三者の関係を示す断面図である。図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）と異なり、第１の反射型インテグレータ２１２の発散角をθ１からθ２に変更することによって第２の反射型インテグレータ２１４を必要最小限の領域で照明していることが分かる。θ１＞θ２が成り立つ。本実施例では曲率の違う第１の反射型インテグレータ２１２ａと２１２ｂを交換手段２１２ｃによって切り替えることによって発散角を変更している。

また、図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）と異なり、第２の反射型インテグレータ２１４を移動手段２１４ｃによってＹ軸方向に移動し、開口絞り２１６の開口２１６ａの外径（Ｙ軸方向）とあわせている。これにより、図１９（ａ）のときの照明光ＩＬ、反射型インテグレータ２１４、開口絞り２１６の位置関係をそのまま比例縮小した構成を実現している。

図２０は図１９（ｃ）に示す構成を第２の反射型インテグレータ２１４の反射面に垂直な方向から見た平面図である。図２０においては、平面ミラー２１５ａ、２１５ｂの間隔を開口絞り２１６の開口２１６ａの最外径と同じか、若干大きい程度に調整し、開口絞り２１６の開口２１６ａの外径（Ｘ軸方向）に合わせている。図２０から理解されるように、各観測点ＡＩＡ１〜ＡＩＡ３で、有効光源分布がいずれも正円となるために必要な照射領域は、図１６に示す大σの開口絞り２１６を使用したときの照射領域を比例縮小したものとなっている。これによって光利用効率を落とすことなく大σから小σへ変更することができる。

次に、図１７（ｃ）に示す二重極照明に対応する開口絞り２１６に変更する方法を説明する。

図２１は、コヒーレンスファクタσを大σ照明から二重極照明に変更するため、開口絞り２１６のみを変更したときの第２の反射型インテグレータ２１４の反射面に対して垂直な方向から見た平面図である。ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３はそれぞれ、照明領域ＡＩＡの各観測点ＡＩＡ１、ＡＩＡ２、ＡＩＡ３での有効光源分布が二重極照明となるために必要な照明光ＩＬを照射すべき領域である。

図２１から分かるように、二重極照明で必要な照明光ＩＬを照射すべき領域は２つの領域に分かれており、大σ照明用の第１の反射型インテグレータ２１２では不必要に広い領域を照明している。このため、第１の反射型インテグレータ２１２を交換することによって光利用効率を向上することができる。また、領域ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３はそれぞれの重なりが少なく、光利用効率が悪い。これは補助ミラー２１５が大σ照明のときと同じ間隔であり、二重極照明の開口絞り２１６の外径（Ｘ軸方向）と合っていないためである。そのため、大σ照明から小σ照明に変更したときと同じように、補助ミラー２１５の間隔を狭めることが好ましい。

図２２は、第１の反射型インテグレータ２１２から開口絞り２１６までを屈折系で表現した断面図であり、第２インテグレータ２１４については省略しているが、開口絞り２１６とほぼ一致していると考えることができる。

図２２（ａ）は、大σ照明の場合を示している。図２２（ａ）は、第１の反射型インテグレータ２１２が、発散角θ１を有する大σ照明用の第１の反射型インテグレータ２１２ａを使用する場合を示している。図２２（ａ）においては、第１インテグレータ２１２ａによる二次光源から発する中心光線は全て光軸ＡＸ３とほぼ平行に発せられ、開口絞り２１６上で重畳されている。

一方、図２２（ｂ）は、二重極照明の場合を示している。図２２（ｂ）は、第１の反射型インテグレータ２１２が、発散角θ３を有し、角度が付けられた素子のペアを複数有する二重極照明用の第１の反射型インテグレータ２１２ｂａを使用する場合を示している。第１の反射型インテグレータ２１２ｂａによる二次光源から発する中心光線は、第１の反射型インテグレータ２１２ｂａを構成する素子一つ一つに異なる二つの角度を持たせているため光軸ＡＸ３に対して異なる２つの角度を持っている。このため、開口絞り２１６上の二つの領域を重畳するように照明している。図２２（ｂ）に示すように、二次光源から発する中心光線に光軸ＡＸ３と異なる２つの角度を持たせるためには、図２３に示すように、第１の反射型インテグレータ２１２ｂａを構成する素子に異なる二つの傾斜角度（偏向作用）を与えればよい。

図２３（ａ）は、第１の反射型インテグレータ２１２ｂａの反射面を垂直方向（Ｙ軸方向）から見た平面図と、その右側に水平方向（Ｘ軸方向）から見た断面図と、その下側に奥行き方向（Ｚ軸方向）から見た断面図を示している。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の点線で囲った範囲の部分拡大斜視図である。

第１の反射型インテグレータ２１２ｂａは、図２２（ｂ）に示すように発散角θ１とは異なる発散角θ３を有する。また第１の反射型インテグレータ２１２ｂａは、図２３（ａ）に示すように、Ｘ軸方向から見ると鋸歯状又は山状に素子２１２ｂａ_１及び２１２ｂａ_２からなるペアが複数並んでおり、各素子には角度が付けられている。また、第１の反射型インテグレータ２１２ｂａは、図２３（ａ）に示すように、Ｚ軸方向から見ると、素子の上面は一定の高さになっている。図２３（ｂ）から分かるように、第１の反射型インテグレータ２１２ｂａを構成する各素子は矢印の方向に向かって盛り上がるように傾斜している。

図２４は、図２１において、図２３に示す第１の反射型インテグレータ２１２ｂａを使用して補助ミラー２１５の間隔を狭めた場合に光利用効率が改善した状態を示す平面図である。図２４から分かるように、二重極照明で必要な照明すべき領域ＩＬＡ１及びＩＬＡ２が効率良く照明されている。また、補助ミラー２１５の間隔は開口絞り２１６の外径（Ｘ軸方向）に合っており、領域ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ３の重なりが増えて、図２１と比較して光利用効率が改善している。

図１７（ｄ）に示す四重極形状の開口絞り２１６を使用する場合、第１の反射型インテグレータ２１２は、図２５に示す第１の反射型インテグレータ２１２ｂｂを使用すればよい。第１の反射型インテグレータ２１２ｂｂは、その複数の素子に異なる四つの傾斜角度（偏向作用）を与えている。

図２５（ａ）は、第１の反射型インテグレータ２１２ｂｂの反射面を垂直方向（Ｙ軸方向）から見た平面図と、その右側に水平方向（Ｘ軸方向）から見た断面図と、その下側に奥行き方向（Ｚ軸方向）から見た断面図を示している。図２５（ｂ）は、図２５（ａ）の点線で囲った範囲の部分拡大斜視図である。

第１の反射型インテグレータ２１２ｂｂは、図２５（ａ）に示すように、Ｘ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれから見ると、平坦部と傾斜部が交互に繰り返されるペアが複数並んでおり、各素子には角度が付けられている。また、図２５（ａ）及び図２５（ｂ）から分かるように、第１の反射型インテグレータ２１２ｂｂは、矢印の方向に向かって盛り上がるように傾斜している四種類の素子２１２ｂｂ_１〜２１２ｂｂ_４の組を含んでいる。これにより、図２６に示すように、四重極照明で必要な照明すべき４つの領域ＩＬＡが効率良く照明することができる。図２６は、四重極照明において、図２５に示す第１の反射型インテグレータ２１２ｂｂを使用して光利用効率が改善した状態を示す平面図である。なお、補助ミラー２１５の間隔を調節してもよいことは上述の例と同様である。

図１７（ｅ）に示す輪帯形状の開口絞り２１６を使用する場合、第１の反射型インテグレータ２１２は、図２７に示す第１の反射型インテグレータ２１２ｂｃを使用すればよい。第１の反射型インテグレータ２１２ｂｃは、その複数の素子に異なる多数の傾斜角度（偏向作用）を与えている。

図２７（ａ）は、第１の反射型インテグレータ２１２ｂｃの反射面を垂直方向（Ｙ軸方向）から見た平面図と、その右側に水平方向（Ｘ軸方向）から見た断面図と、その下側に奥行き方向（Ｚ軸方向）から見た断面図を示している。図２７（ｂ）は、図２５（ａ）の点線で囲った範囲の部分拡大斜視図である。

第１の反射型インテグレータ２１２ｂｃは、図２７（ａ）に示すように、Ｘ軸方向及びＺ方向のそれぞれから見ると、傾斜角度が変化する複数の傾斜部が並んでおり、各素子には角度が付けられている。また、図２７（ａ）及び図２７（ｂ）から分かるように、第１の反射型インテグレータ２１２ｂｃは、矢印の方向に向かって盛り上がるように傾斜している複数の素子を含んでいる。これにより、図２８に示すように、輪帯照明で必要な照明すべき輪帯状の領域ＩＬＡが効率良く照明することができる。図２８は、輪帯照明において、図２７に示す第１の反射型インテグレータ２１２ｂｃを使用して光利用効率が改善した状態を示す平面図である。なお、補助ミラー２１５の間隔を調節してもよいことは上述の例と同様である。

本実施例では図１７に示す開口絞り２１６の形状を例に説明してきたが、それらの形状に限定することなく様々な形状に適用することができる。

露光において、光源部１００で生成されたＥＵＶ光は接続部１２０を介して装置本体２００の照明光学系２１０に導入されて形状と光強度分布が整えられて被照明面であるマスク面を照明領域ＡＩＡで均一に照明する。その際、本実施例は、開口絞り駆動部（第２選択部）２１６ｃによる開口絞りの選択（即ち、有効光源の形状の選択）に応じて、交換手段（第１選択部）２１２ｃによる選択と、調整手段２１５ｃによる調節の両方を行っている。交換手段（第１選択部）２１２ｃによる第１の反射型インテグレータ２１２の選択によって光利用効率を向上することができる。また、調整手段２１５ｃによる補助ミラー２１５ａ及び２１５ｂの間隔の調節によって有効光源の歪みを抑えて良好な照明を行うことができると共に光利用効率を向上することもできる。但し、本発明は、開口絞り駆動系２１６ｃによる開口絞りの選択に応じて、交換手段２１２ｃによる選択と調整手段２１５ｃによる調節の少なくとも一方が行われる場合も許容する。マスクパターンは投影光学系２３０を介してウエハＷに投影されるが、有効光源の歪みが抑えられているので解像度の高い露光を提供することができる。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

本実施例の露光装置の構成を示す概略断面図である。図１に示す第１の反射型インテグレータの斜視図及び部分拡大図である。図１に示す第２の反射型インテグレータに適用可能な反射型インテグレータの斜視図である。図３（ａ）に示す第２の反射型インテグレータの部分拡大斜視図である。図４に示す円筒面で反射した光束の角度分布を説明する断面図である。図５に示す円筒面で反射した光束により円弧領域が形成されることを示す図である。図１に示すスリットの平面図である。図１に示す第２の反射型インテグレータ近傍の部分拡大断面図である。図１に示す第２の反射型インテグレータの近傍の斜視図である。図９に示す補助ミラーを設けない場合の斜視図である。図１０に示す構成の問題を説明するための平面図である。図１０に示す構成の問題を説明するための平面図である。図１０に示す構成の問題を説明するための平面図である。図１０に示す構成の問題を説明するための平面図である。図９に示す補助ミラーの効果を説明するための平面図である。図９に示す補助ミラーの効果を説明するための平面図である。図１に示す開口絞りに適用可能な二種類の切換え可能な開口絞りの平面図である。図１に示す開口絞りを小σの開口絞りにしたときの平行光照射領域を示す平面図である。開口絞りを小σ用に変更したときに、第１の反射型インテグレータの発散角と第２の反射型インテグレータ位置を変更した効果を説明する図である。図１９（ｃ）の平面図である。大σ照明から二重極照明に変更した場合に開口絞りのみを変更したときの平面図である。大σ照明の場合と二重極照明の場合に第１の反射型インテグレータから開口絞りまでを屈折系で表現した断面図である。図２２（ｂ）に示す第１の反射型インテグレータの平面図、断面図及び部分拡大斜視図である。図２１において、図２３に示す第１の反射型インテグレータを使用すると共に補助ミラーの間隔を狭めて光利用効率を改善した状態を示す平面図である。四重極照明用の第１の反射型インテグレータの平面図、断面図及び部分拡大斜視図である。四重極照明において、図２５に示す第１の反射型インテグレータを使用して光利用効率が改善した状態を示す平面図である。輪帯照明用の第１の反射型インテグレータの平面図、断面図及び部分拡大斜視図である。輪帯照明において、図２７に示す第１の反射型インテグレータを使用して光利用効率が改善した状態を示す平面図である。

符号の説明

２１０照明光学系
２１１第１光学ユニット
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｂａ−ｃ第１の反射型インテグレータ
２１２ｃ交換手段（第１選択部）
２１３第２光学ユニット
２１４第２の反射型インテグレータ
２１４ａ円筒反射面
２１４ｃ移動手段
２１５ａ、２１５ｂ平面ミラー
２１５ｃ調整手段
２１６開口絞り
２１６ｃ開口絞り駆動系（第２選択部）
２１７第３光学ユニット
２１８平面ミラー
２１９スリット
１０００露光装置

Claims

被照明面を照明する照明光学系であって、
光源からの光で複数の光源を形成する第１の反射型インテグレータと、
母線方向が揃った複数の円筒反射面を有し、前記第１の反射型インテグレータからの光で複数の線状光源を形成する第２の反射型インテグレータと、
前記複数の線状光源を挟むように、前記円筒反射面の母線方向に沿って対向して配置された一対の平面ミラーと、
前記被照明面に対して光学的にフーリエ変換の関係を有し、前記円筒反射面の母線方向に垂直な方向に前記第２の反射型インテグレータの射出側に配置され、開口形状が切り替え可能な開口絞りと、
前記開口絞りの前記開口形状の切り替えに応じて前記一対の平面ミラーの間隔を調整する調整手段と、
を有することを特徴とする照明光学系。
被照明面を照明する照明光学系であって、
光源からの光で複数の光源を形成し、発散角が異なる複数の第１の反射型インテグレータと、
前記複数の第１の反射型インテグレータのうちの一つを光路に選択的に配置する第１選択部と、
母線方向が揃った複数の円筒反射面を有し、前記第１の反射型インテグレータからの光で複数の線状光源を形成する第２の反射型インテグレータと、
前記複数の線状光源を挟むように、前記円筒反射面の母線方向に沿って対向して配置された一対の平面ミラーと、
前記被照明面と光学的にフーリエ変換の関係を有する位置に配置されると共に、前記円筒反射面の母線方向に垂直な方向に前記第２の反射型インテグレータの射出側に配置され、開口パターンが異なる複数の開口絞りと、
前記複数の開口絞りのうちの一つを光路に選択的に配置する第２選択部と、
前記一対の平面ミラーの間隔を調整する調整手段と、
を有し、
前記第２選択部による選択に応じて前記第１選択部による選択と前記調整手段による調整の少なくとも一方を行うことを特徴とする照明光学系。
前記開口絞りの前記開口形状の切り替えに応じて前記円筒反射面の母線方向に垂直な前記方向に前記第２の反射型インテグレータを移動する移動手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
前記複数の第１の反射型インテグレータの少なくとも一つは、互いに異なる偏向作用を有する複数の素子を有することを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
光路に沿って前記第１の反射型インテグレータと前記第２の反射型インテグレータとの間に前記第１の反射型インテグレータからの発散光を集光する光学ユニットを更に有することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
前記開口絞りは、変形照明を形成する形状を有することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
原版を照明する請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の照明光学系と、
原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする露光装置。
請求項７に記載された露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。